王治鈞

向一次性火箭說再見

過去，所有的火箭都是一次性的，且由于技術復雜，沒有工業(yè)化批量生產(chǎn)，火箭的制造與發(fā)射一直是極其昂貴的工程。

SpaceX成立之初就明確跨入太空文明的關鍵是讓火箭可重復利用，于是在選擇火箭的心臟——火箭發(fā)動機時，SpaceX出于性價比考量選擇了并不起眼的默林發(fā)動機，并持續(xù)迭代更新。

初代默林發(fā)動機和其他火箭發(fā)動機相比個頭不大，并不起眼。經(jīng)過不斷的升級迭代，新款默林發(fā)動機推重比和節(jié)流能力已被優(yōu)化到極致，并實現(xiàn)了火箭垂直回收，低成本復用技術在一個看似“落后”的引擎技術面前實現(xiàn)了。

如今，SpaceX主打的火箭是獵鷹9號（Falcon 9），名字源自電影《星球大戰(zhàn)》中的“千年隼（Millennium FaIcon）”飛船。獵鷹9號其一級火箭由9個并聯(lián)的默林發(fā)動機構成，整個系統(tǒng)采用先進的系統(tǒng)冗余和容錯設計，即使一兩臺發(fā)動機出現(xiàn)故障關機，剩余發(fā)動機仍可繼續(xù)工作將衛(wèi)星送入軌道，這種可靠性為商業(yè)發(fā)射市場上攻城略地提供堅實的基礎。

截至2021年2月，獵鷹9號火箭的111次發(fā)射任務成功率高達98.2%，其中一級火箭落地回收67次，50次復用了二手火箭，甚至有單只火箭5次重復使用的記錄，這個技術足以傲視全球。相信在接下來的1～2年內(nèi)這些二手火箭甚至有望復用10次。

目前，SpaceX公司掌握了一級火箭和整流罩的回收技術，并且技術仍在不斷提升，又因低廉價格和穩(wěn)定性大幅搶占了國際太空發(fā)射任務，改變了國際商業(yè)航天的市場格局。

火箭中的大力士

“重型獵鷹”運載火箭在2018年首次亮相，它由3枚獵鷹九號火箭綁在一起而成，這種“三合一”結構將運載能力提升近3倍，是現(xiàn)役推力最大的運載火箭，具有向月球或火星發(fā)射載人任務的潛力。發(fā)射成功后，“重型獵鷹”的一級火箭推進器會回到大氣層，降落地面回收復用，進一步降低成本。

獵鷹9號一級火箭的回收和再復飛已經(jīng)常態(tài)化了。經(jīng)過十年發(fā)展，針對不同發(fā)射任務獵鷹9號已經(jīng)衍生出一系列版本，獵鷹系列的快速迭代創(chuàng)新給SpaceX提供了大量數(shù)據(jù)和技術經(jīng)驗，促進了太空運載技術的發(fā)展。

沖上云霄的龍飛船

SpaceX公司設計制造的龍貨運飛船系列最初用來為國際空間站進行貨運補給，在多次飛行后改造成為載人龍飛船。2020年5月，龍飛船將2名宇航員送入國際空間站。標志著SpaceX具備了定期載人太空飛行能力，成為民營企業(yè)開啟太空旅行商業(yè)化的新篇章。

龍飛船的成功讓SpaceX公司把私人太空旅游項目提上日程。比如已敲定的在2021年年底實施的“Inspiration4”太空游，將是首次全平民團隊的旅游項目，4名旅客將會圍繞地球飛行幾天;還計劃在2022年初送4名旅客前往國際空間站進行為期10天的旅行，這些項目引起了民眾極大的關注，相信在未來會有更多團體或個人對這種私人旅行有興趣。

Starship星艦計劃

伊隆·馬斯克曾多次表示，希望在2025年把人類送上火星，針對這個野心，他需要一款更大的運輸工具。獵鷹系列火箭在這個任務面前顯得力不從心，就算是三合一的“重型獵鷹”也無法滿足未來的大規(guī)模太空移民和貨物運輸，為應對更強大的運輸能力，星艦項目應運而生。

星艦計劃是SpaceX下一代完全可重復使用的運輸系統(tǒng)，除了可以執(zhí)行地球軌道任務外，當星艦在軌道上加注燃料后，也可以完成外太空用作軌道長時間航天器，應用在地月轉(zhuǎn)移以及直擊火星的任務。

星艦計劃自提出來，其名稱和原型機就一直有變化，在推出正式“星艦”1.0版本還需要不少原型機進行測試，從第一個原型機SN1開始，每一代原型機都會有些許改進，需要至少迭代到SN20。而最近幾款原型機測試結果都以爆炸結尾，可見航天創(chuàng)新的風險性是相當高的。不過，這些在伊隆·馬斯克看來也是某種程度的成功。

按照SpaceX官網(wǎng)公布的數(shù)據(jù)，未來星艦總長120米，直徑為9米，內(nèi)部客艙空間約為825立方米，比一架A380空客飛機還要大。按照SpaceX復用經(jīng)驗，到時最終的星艦火箭可以重復飛行使用100次。

飛往火星的旅程預計將持續(xù)幾個月?！靶桥灐憋w赴火星時將搭載100名乘客，而和一架A380客機可以乘坐四五百人對比，星艦上的乘客空間相對寬敞。

一小時“環(huán)游”地球

除了火星旅行之外，SpaceX還有一個令人吃驚的衍生計劃：打造“地球一小時交通圈”。

星艦飛船可以進行地球上的點對點飛行，在幾十分鐘到達地球上的任何地點。當SpaceX的總裁格溫·肖特韋爾（Gwynne ShotwelI）在TED講臺上披露這個想法時，令所有人都大吃一驚。

她以紐約到上海為例，乘客從紐約的碼頭出發(fā)，到達海面上的浮動發(fā)射平臺太空港，星艦發(fā)射到地球軌道，并環(huán)繞地球軌道飛行約30多分鐘、大概飛行10000多千米后，飛船重新降落入大氣層，隨后落在上海外海的浮動平臺上，整個航程一個小時內(nèi)完成，同樣距離普通民航班機飛行需要十幾個小時，如果搭乘星艦的話，上午在上海開會，下午就能在紐約吃晚餐。

不過，環(huán)地球飛行可能并不那么舒服。地球點對點的“星艦”服務可能搭載1000名乘客，每位乘客只有基本座位，飛船上沒有廁所也不提供食物，甚至連機長都沒有專屬的駕駛艙。

通過SpaceX這幾個互相關聯(lián)的航天項目我們可以看到未來航天旅行趨勢已現(xiàn)端倪。這些服務中有的已經(jīng)日臻完善，有的尚需要假以時日來實現(xiàn)，有的甚至可能并不會成功，正如TED演講中埃隆·馬斯克所說：在太空文明中的人類必會探索不同的星球，不必一直困守于地球，這是我們的方向。如果我們能加速推動這個領域的技術革新，幫助提速十年，這就是價值所在。

航天行業(yè)剛發(fā)展不過70年時間，未來的航天需要更多人關注和參與這些未來相關領域。只要人類有探索的精神和不懼失敗的勇氣，年輕一代成為跨星球旅行的太空人一定不會太遙遠。